LiNbO_3∶Cr∶Cu晶体吸收特性及非挥发全息存储研究

研究了LiNbO3∶Cr∶Cu晶体的吸收特性,发现LiNbO3∶Cr∶Cu(含0.14wt.%Cr2O3和0.011wt.%CuO)晶体存在两个明显的吸收峰,中心波长分别位于480nm和660nm;随着Cr的含量逐渐减小,Cu的含量逐渐增大,短波段不存在明显吸收峰,掺Cr的含量越大,中心波长在660nm处的吸收越大;633nm红光虽然位于中心波长为660nm的吸收峰内,但它无助于光折变过程·分别采用390nm紫外光和488nm蓝光作为敏化光,514nm绿光作为记录光的记录方案,实现了非挥发全息记录,掺入适量的Cr(比如NCr=2.795×1025m-3,NCr/NCu=1)有助于全息记录性能的提高·     

敏化光波长对(Fe,Ni)∶LiNbO_3晶体全息记录性能的影响

分别采用514 nm绿光4、88 nm蓝光和390 nm紫外光作为敏化光,633 nm红光作为记录光,详细研究了敏化光波长对氧化(Fe,Ni)∶LiNbO3晶体全息记录性能的影响。结果表明:随着敏化光波长的逐渐减小,氧化(Fe,Ni)∶LiNbO3晶体的非挥发全息记录性能逐渐优化,390 nm紫外光是这三种敏化光中最优的敏化光。考虑敏化光的吸收,为了在双中心全息记录中获得最优的性能,应当选择合适波长的敏化光:一方面短波长敏化光能有效地敏化深中心;另一方面短波长敏化光的吸收太强(如对光折变效应无用的基质吸收),不能沿厚度方向有效地敏化晶体,所以实际上需折衷考虑,并从理论上给予了解释。     

(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体非挥发全息记录理论研究与优化

根据双中心带输运模型,对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体的微观参量,采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中,记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu,在记录过程中,深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证,最高饱和与固定衍射效率别为60.5%和53.8%。     

Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭性能和全息关联存储

在同成分LiNbO3中,掺入ZnO的摩尔分数分别为1%、3%、5%、7%和9%,掺入（质量分数）0.03% MnCO3和0.08%Fe2O3,采用提拉法生长了优质Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体.测试Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体的OH-红外吸收光谱,抗光损伤能力和位相共轭性能.Zn离子浓度在7%和9%时,OH-吸收峰移到3 528 cm－1,讨论OH-吸收峰移动机理.随着Zn离子浓度增加,抗光损伤能力增加.Zn离子浓度增加到7%,达到阈值.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体高二个数量级,研究高掺锌Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤增强机理.随着Zn离子浓度增加,Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭反射率降低,位相共轭响应速度增加.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭镜消除了光波的位相畸变.以Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体作存储介质进行全息关联存储实验.讨论全息关联存储的工作原理.以原图象的25%和50%进行寻址,在输出平面上接收到较完整的存储图象.     

敏化光波长对(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响

分别采用514 nm绿光、488 nm蓝光和390 nm紫外光作为敏化光,633 nm红光作为记录光,详细研究了敏化光波长对氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响.结果表明:随着敏化光波长的逐渐减小,氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体的非挥发全息记录性能逐渐优化,390 nm紫外光是这三种敏化光中最优的敏化光.考虑敏化光的吸收,为了在双中心全息记录中获得最优的性能,应当选择合适波长的敏化光:一方面短波长敏化光能有效地敏化深中心;另一方面短波长敏化光的吸收太强(如对光折变效应无用的基质吸收),不能沿厚度方向有效地敏化晶体,所以实际上需折衷考虑,并从理论上给予了解释.     

连续光条件下对LiNbO3∶Fe∶Mn晶体全息存储性能的理论研究

以双中心模型为基础,在低光强连续光条件下研究了LiNbO3∶Fe∶Mn晶体在稳态情况下的非挥发双光双步全息存储性能。采用数值方法,通过比较双中心模型中深(Mn2+/Mn3+)、浅(Fe2+/Fe3+)能级之间所有可能的电子交换过程,发现由隧穿效应引起的深浅能级之间直接电子交换过程对LiNbO3∶Fe∶Mn晶体总的空间电荷场大小起着决定性的作用。同时,这一电子交换过程对晶体非挥发全息存储性能也起着至关重要的作用。此外,通过相同实验条件下LiNbO3∶Fe∶Mn晶体与近化学比LiNbO3∶Fe晶体总的空间电荷场的比较,显示LiNbO3∶Fe∶Mn晶体在低抽运光和高记录光光强条件下有着比近化学比LiNbO3∶Fe晶体更佳的全息存储性能。     

Mg∶Fe∶LiNbO_3晶体的生长及光学性能研究

在Fe∶LiNbO3中掺进MgO和Fe2 O3以提拉技术生长Mg∶Fe∶LiNbO3晶体 对晶体进行极化和还原处理 测试晶体的吸收光谱 ,Mg∶Fe∶LiNbO3晶体吸收边相对Fe∶LiNbO3晶体发生紫移 测试晶体的红外光谱 ,Mg∶(5mol % )Fe∶LiNbO3晶体OH 吸收峰由Fe∶LiNbO3晶体的 3482cm- 1移到35 34cm- 1 采用锂空位模型阐述Mg∶Fe∶LiNbO3晶体 ,吸收边和OH- 吸收峰移动的机理 测试晶体的抗光致散射能力 Mg∶(5mol% )Fe∶LiNbO3晶体抗光致散射能力比Fe∶LiNbO3晶体提高一个数量级以上 测试晶体的衍射效率和响应时间 Mg∶Fe∶LiNbO3晶体响应速度比Fe∶LiNbO3晶体提高四倍     

铟掺杂对Fe∶LiNbO3晶体近红外光折变性能的影响

采用在Fe∶LiNbO3中掺入了铟离子生长的双掺杂In∶Fe∶LiNbO3晶体,以波长为1064nm的近红外会聚光束作为记录光源,通过数字观测装置,对比研究了铟离子掺入前后Fe∶LiNbO3晶体和In∶Fe∶LiNbO3晶体的光折变性能。实验研究结果表明,铟离子掺入后晶体的光折变响应速度和抗光折变能力明显提高,饱和折射率变化量降低。初步分析认为,In∶Fe∶LiNbO3晶体光折变性能的增强是由于掺入的铟离子取代了部分光折变敏感中心,降低了光敏中心的数量,导致晶体光电导增大,响应时间随之缩短。     

用于双色全息存储(Fe,Cu)∶LiNbO3晶体的参量优化计算

在确定Cu在LiNbO3晶体中对应于365 nm和633 nm的激发系数、复合系数、光伏系数的基础上,采用龙格库塔(Runge-Kutta)数值方法理论研究了双掺杂(Fe,Cu)∶LiNbO3晶体的深浅能级的掺杂组分比、氧化还原状态对双色全息存储的记录灵敏度和动态范围的影响,并探讨了同时取得尽可能大的灵敏度和动态范围的晶体条件。结果表明,为了同时得到较大的记录灵敏度和动态范围,在实际应用中选用浅能级掺杂浓度为5.0×1025m-3,深能级掺杂浓度为3×1024~3×1025m-3之间的弱氧化晶体是合适的。     

Zn∶Fe∶LiNbO_3晶体全息存储性能研究

以提拉法生长Zn(1mol% )∶Fe∶LiNbO3,Zn(4mol % )∶Fe∶LiNbO3,Zn(7mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体 Zn∶Fe∶LiNbO3晶体随着Zn2 + 浓度的增加 ,抗光致散射能力增加 ,Zn(7mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体抗光致散射能力比Fe∶LiNbO3晶体提高两个数量级以上 测试了Zn∶Fe∶LiNbO3晶体衍射效率、响应时间 以Zn(7mol % )∶Fe∶LiNbO3晶体作为存储元件 ,Zn(4mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体作为位相共轭镜 ,进行全息关联存储试验 试验结果显示出成像质量好、图像清晰完整、噪音小等优点 研究了Zn∶Fe∶LiNbO3晶体全息存储性能增强的机理 Zn(4mol% )∶Fe∶LiNbO3晶体具有全息存储性能最佳的综合指标     

LD相对于铯原子超精细跃迁线的偏频锁定

Holographic storage properties of iron-doped and cerium/iron-doped LiNbO3 with different doping concentrations and treatment conditions have been measured for different recording wavelengths. The results show that at recording wavelengths of 532 nm and 633 nm the holographic storage properties of Ce:Fe:LiNbO3 are generally better than those of Fe:LiNbO3.     

The Comparison of the Holographic Storage Properties of Fe:LiNbO3 and Fe:Ce:LiNbO3 Crystals

Holographic storage properties of iron-doped and cerium/iron-doped LiNbO3 with different doping concentrations and treatment conditions have been measured for different recording wavelengths. The results show that at recording wavelengths of 532 nm and 633 nm the holographic storage properties of Ce:Fe:LiNbO3 are generally better than those of Fe:LiNbO3.     

Study of near-infrared nonvolatile two-center holographic recording in LiNbO3:Fe:Rh crystal

The near-infrared nonvolatile holographic recording has been realized in a doubly doped LiNbO₃:Fe:Rh crystal by the traditional two-center holographic recording scheme, for the first time. The recording performance of this crystal has been investigated by recording with 633 nm red light, 752 nm red light and 799 nm near-infrared light and sensitizing with 405 nm purple light. The experimental results show that, co-doped with Fe and Rh, the near-infrared absorption and the photovoltaic coefficient of shallow trap Fe are enhanced in this LiNbO₃:Fe:Rh crystal, compared with other doubly doped LiNbO₃ crystals such as LiNbO₃:Fe:Mn. It is also found that the sensitizing light intensity affects the near-infrared recording sensitivity in a different way than two-center holographic recording with shorter wavelength, and the origin of experimental results is analyzed.     

第一性原理下铜锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cu、Mn单掺及共掺LiNbO3晶体的电子结构和光学性质.结果显示,Cu、Mn掺杂LiNbO_3晶体禁带中的杂质能级分别由Cu 3d轨道、Mn 3d轨道贡献;各掺杂体系的带隙均较纯LiNbO_3晶体变窄.共掺晶体中Cu离子形成了较单掺时更浅的能级中心,并在2.87eV处有较强的吸收峰;Mn离子在1.73eV附近的吸收较单掺时减弱且中心略有偏移,在2.24eV处的非光折变峰与Mn~(3+)相关,这对吸收峰的变化被认为与Cu、Mn间电子转移相联系.相对Cu、Fe共掺LiNbO_3晶体,Cu、Mn共掺LiNbO_3晶体可以通过适当提高Cu离子浓度,来改善存储参量中的动态范围和记录灵敏度.由于同一深能级掺杂离子伴以不同浅能级掺离子将呈现出不同的吸收特征并影响存储性能,在共掺离子的配搭选择时对各待选配搭的模拟计算非常必要.     

双中心全息记录的矢量分析与记录方向优化

对描述双掺杂晶体非挥发性全息记录动力学过程的Kukhtarev方程进行了矢量分析,分析中考虑了体光生伏特效应和外加电场的作用。在小信号近似的基础上给出了双中心全息记录中记录与固定阶段空间电荷场的矢量解析解。在综合考虑空间电荷场的各向异性以及晶体有效电光系数的各向异性后,给出了双中心全息记录的优化记录方向。结果表明,对(Fe,Mn)∶LiNbO3晶体633nm寻常光记录,优化记录方向主要由有效电光系数决定,光栅波矢与光轴夹角为22°,方位角为30°;对(Fe,Mn)∶LiNbO3晶体633nm非寻常光记录,优化记录方向主要由固定空间电荷场决定,光栅波矢与光轴夹角为44°,方位角为90°。     

铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01,2.53和1.36 eV处;Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg^2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV,1.89 eV或2.89 eV,2.59 eV,2.24 eV.Mg^2+浓度高于阈值,会使吸收边较低于阈值情况红移;并使得部分Fe^3+占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg^2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.     

双掺杂铌酸锂晶体的第一性原理研究

本文利用第一性原理研究了 晶体、 晶体和 晶体的电子结构和光学性质。通过对电子结构的分析,发现杂质能级的深浅与掺杂元素原子序数有关。原子序数越大,杂质能级越深。通过对 晶体、 晶体和 晶体的吸收谱进行分析,并与单掺杂 晶体的吸收谱进行比较,发现双掺杂在可见光区域吸收率明显提高,约为单掺杂的3倍。 晶体分别在380nm和590nm处形成吸收峰, 晶体可见光区域吸收率比 以及 晶体高,分别在450nm附近和660nm附近出现吸收峰, 晶体在430nm到600nm之间区域都有较高的吸收率,并在770nm的长波范围有一小的吸收峰。计算结果与双色全息存储（双光子全息存储）所用记录光的波长相符。     

In:Fe:LiNbO3晶体的全息存储性能研究

在ＬｉＮｂＯ３中掺进Ｉｎ２Ｏ３和Ｆｅ２Ｏ３用恰克拉斯基法生长ｎ：Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３晶体,测试表明,Ｉｎ：Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３晶体抗光致散射能力高,响应速度快,存储保存时间长。研究了Ｉｎ：Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３晶体全息存储性能的机理,测得的衍射效率最大值为７３％。     

Information capacity and resolution in three-dimensional imaging

In this paper we report experimental studies of nonvolatilephotorefractive holographic recording in doping In(3mol%), which exceed the so-called threshold, in Ce:Cu:LiNbO₃ crystals. The In:Ce:Cu:LiNbO₃ crystal was grown by the Czochralski method and oxidized. The OH⁻ absorption band of In:Ce:Cu:LiNbO₃ crystal is 3507cm⁻¹. The nonvolatile holographic recording in In:Ce:Cu:LiNbO₃crystal is realized by two-photon fixed method. From the experiment, we found that the recording time of In:Ce:Cu:LiNbO₃ crystal is lower than that of Ce:Cu:LiNbO₃ crystal and there are a little lose of nonvolatile diffraction efficiencies between In:Ce:Cu:LiNbO₃ and Ce:Cu:LiNbO₃ crystals. In this paper, the mechanism of OH⁻ absorption band shifting and two-photon fixed was discussed, too.